[发明专利]基于二维周期光栅和点衍射的三视场数字全息检测装置与方法

说明书

本发明涉及一种基于二维周期光栅和点衍射的三视场数字全息检测装置与方法。包括：出射波长为λ光源(1)、偏振片Ⅰ(2)、准直扩束装置(3)、测量窗口(4)、待测物体(5)、第一透镜(6)、二维周期光栅(7)、孔阵列(8)、偏振片Ⅱ(9)、偏振片Ⅲ(10)、偏振片Ⅳ(11)，第二透镜(12)、光阑(13)、图像传感器(14)、计算机(15)。通过二维周期光栅分光和引入载波实现视场平移和频域分离，通过偏振片组避免三束物光间干涉，实现频谱间串扰减小。本发明简单易行，调整方便，图像传感器视场利用率高；全息图载波频率映射关系简单，确定容易，通过光栅离焦精确控制，系统载波频率确定复杂度低，相位恢复算法效率高。

技术领域

本发明属于数字全息检测领域，特别涉及一种基于二维周期光栅和点衍射的三视场数字全息检测装置与方法。

背景技术

数字全息术在全息术基础上，采用诸如CCD或CMOS作为图像采集器代替全息记录材料(如全息干板等)记录数字全息图，并将数字全息图保存于计算机中，通过数值计算模拟光的衍射传播过程，实现数字全息图的重构成像。数字全息术作为一种新型三维数字成像技术，其记录和重构成像过程皆涉及数字化过程。其中离轴全息利用具有一定夹角的物光和参考光发生干涉，可以从形成的单幅载频干涉图获得待测物体的位相信息，适用于运动物体或动态过程的实时测量。

2013年哈尔滨工程大学单明广在文献“Parallel two-step spatial carrierphase-shifting common-path interferometer with a Ronchi grating outside theFourier plane”中利用一维周期光栅离焦的方式同时在在全息图中实现了载波的引入和视场的平移。但该技术仅适应于单波长单视场的数字全息中。

在文献“Doubling the field of view in off-axis low-coherenceinterferometric imaging”中Natan T.Shaked提出了基于角(RETRO-REFLECTOR)反射镜的双视场数字全息。利用两块角反射镜可以在两束物光中引入不同方向的载波，从而可以在一幅全息图中恢复出两幅相位图。角反射镜的视场翻转作用同时帮助系统实现了双视场，提高了CCD的视场利用率。但是此种方法需要对一束参考光和两束物光分别进行调制，成本高且光路准直难度大。

在文献“Double-field-of-view,quasi-common-pathinterferometer usingFourier domain multiplexing”中Behnam Tayebi将测量区域分为三块，其中两块含有待测物体信息，一块作为参考光，并通过分别反射的方式同时实现了频谱复用和双视场全息。但是其结构准直难度更高。

可以发现，目前的多视场数字全息检测中技术中，普遍存在准直难度大、CCD视场利用率低等缺点。

发明内容

本发明目的是针对上述现有技术的不足之处：将光栅离焦分光技术和频谱复用技术相结合，提供了一种基于二维周期光栅和点衍射的三视场数字全息检测装置，同时提供一种基于二维周期光栅和点衍射的三视场数字全息检测装置的检测方法。